 通讯作者：谈利承；陈义旺通过引入有机间隔阳离子，二维/三维(2D/3D)混合钙钛矿结合了2D钙钛矿的优越稳定性和3D钙钛矿的优异效率的优点。然而，二铵间隔阳离子的分子构型对2D/3D钙钛矿性质的影响仍不清楚。基于此，南昌大学陈义旺教授和谈利承教授课题组首先通过使用各种二铵分子来构建Dion-Jacobson(DJ)型2D/3D钙钛矿以进一步促进光伏性能，系统地研究了分子构型诱导结晶动力学和载流子动力学调节的机制。相关工作以“Diammonium Molecular Configuration-Induced Regulation of Crystal Orientation and Carrier Dynamics for Highly Efficient and Stable 2D/3D Perovskite Solar Cells”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。图1. (a-c)ODA、TETA和EDOEA的分子结构和相应的电子密度分布。(d-f)分别用于FAPbI3-ODA、FAPbI3-TETA和FAPbI3-EDOEA结构系统的来自密度泛函理论(DFT)的球棒式模型。(g)FAPbI3-ODA、FAPbI3-TETA和FAPbI3-EDOEA界面的(g)结合能、(h)平均Pb-I距离和(i)平均Pb-I-Pb角度比较。要点1. 选择基于不同分子构型的二铵间隔阳离子，包括辛烷-1,8-二胺(ODA)、三亚乙基四胺(TETA)和2,2'-(乙二氧基)双(乙胺)(EDOEA)来研究其分子构型的影响，从而研究氢键或范德华与无机[PbX6]4-钙钛矿层的相互作用，这与DJ型的结晶动力学和载流子传输相关2D/3D钙钛矿。要点2. 使用第一性原理密度泛函理论(DFT)来模拟间隔阳离子与无机[PbX6]4层钙钛矿之间的相互作用，计算2D/3D钙钛矿的结构信息。通过DFT计算和表征，证明最小平均Pb-I-Pb角导致[PbX6]4-晶格在掺入EDOEA的DJ型2D/3D中最小的八面体倾斜钙钛矿，以及在基于EDOEA的间隔阳离子和无机[PbX6]4-笼之间形成最合适的结合能和氢键。从而有助于形成具有垂直晶体取向、减轻晶格畸变和有效载流子传输的高质量钙钛矿薄膜。要点3. 掺入EDOEA的DJ型2D钙钛矿分布在3D体晶界，不仅可以抑制离子迁移，还可以提高PVSC的耐湿性。基于带有EDOEA的DJ型2D/3D钙钛矿的PVSC表现出极大地提高了22.68%的器件效率和1.15V开路电压以及优异的水分稳定性。在50±5%相对湿度的空气中1,560小时老化后，仍保持82%的初始性能。这项工作系统地理解了具有不同分子构型的二铵间隔阳离子对设计高效和稳定的2D/3D PVSC的影响。图2.(a-d)分别具有ODA、TETA和EDOEA的纯3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿的顶视图扫描电子显微镜(SEM)图像。(e-h)具有纯3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿层的相应器件的横截面SEM图像。插图是相应钙钛矿层的放大横截面SEM图像。(i-l)分别具有ODA、TETA和EDOEA的纯3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿薄膜的掠入射广角X射线散射(GIWAXS)。(m)用EDOEA形成2D/3D钙钛矿的图示。图3. (a)2D/3D钙钛矿太阳能电池(PVSC)的器件结构示意图。(b)相应光伏参数的分布散点图和(c)基于纯3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿层的PVSCs的J-V曲线，分别带有ODA、TETA和EDOEA。(d)基于纯3D和掺入EDOEA的2D/3D钙钛矿层的PVSC在最大功率点的稳定功率输出和光电流密度随时间的变化。(e)基于纯3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿层的PVSC的奈奎斯特图，分别带有ODA、TETA和EDOEA。(f)基于纯3D和掺入EDOEA的2D/3D钙钛矿层的PVSC的深色J-V曲线。(g)基于纯3D钙钛矿和具有ODA、TETA和EDOEA的2D/3D钙钛矿层的PVSC的PCE衰减在25±5°C和50±5%相对湿度(RH)下进行，没有任何空气封装。图4. (a, b)PL光谱和(c)纯3D 和掺入 EDOEA的2D/3D钙钛矿薄膜的光谱质心在光照下30分钟的相应位移。灰色区域表示初始PL光谱。(d, e)飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)映射图像，(f)基于纯3D和掺入EDOEA的2D/3D钙钛矿层的相应3D渲染叠加图像，以Cs+和Li+作为指标(g)在25±5°C和50±5%RH空气中光照射130 h后器件的相应ToF-SIMS光谱。https:///10.1002/anie.202114588
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